面向可循环经济的物联网技术应用研究

面向可循环经济的物联网技术应用研究

唐敦兵1,杨　雷2,赵国安3,叶文华1,朱仁淼1,顾文斌1

(1.南京航空航天大学机电学院,江苏南京　210016)

(2.江苏天奇物流系统股份有限公司,江苏无锡　214187)

(3.南京航空航天大学信息学院,江苏南京　210016)

摘要:基于可循环经济理论,利用物联网技术,以汽车为例,结合汽车产品的全生命周期中各个环节的特点,建立了一套完整的智能生产、消费、回收系统,提出了一种全新的基于物联网技术下可循环经济模式,有效地解决了可循环经济中产品回收循环困难的问题,并对物联网技术在生产、消费、回收环节中的具体技术应用进行了深入研究。

关键词:可循环经济;物联网;全生命周期;汽车行业;智能节点

中图分类号:TP315 文献标识码:A 文章编号:1672-1616(2010)07-0001-06

循环经济是一种以资源的高效利用和循环利用为核心,以“减量化、再利用、再循环、可控化”为原则,以低消耗、低排放、高效率为基本特征,按照自然生态系统物质循环和能量流动方式运行的经济模式[1]。与传统经济相比,循环经济在不同层面上将生产和消费纳入一个有机的可持续发展框架,是符合可持续发展理念的经济增长模式。我国的基本国情是人口众多,资源相对贫乏,生态环境脆弱。在资源存量和环境承载力2个方面都已经历了传统经济模式下高强度的资源消耗和环境污染。发展循环经济是我国转变经济增长模式的一个突破口,是贯彻科学发展观,构建资源节约型、环境友好型社会的一个重要举措[2]。2009年12月7日～18日在哥本哈根召开了联合国气候变化大会,这是继《京都议定书》后又一具有划时代意义的全球气候协议书,毫无疑问,对地球今后的气候变化走向将产生决定性的影响,这是一次被喻为“拯救人类的最后一次机会”的会议。因此发展循环经济应该成为中国在未来实施可持续发展战略的必由之路。

同时“物联网”概念的问世,打破了之前的传统思维。所谓“物联网”(Internet of Things),指的是将各种信息传感设备,如射频识别(RFID)装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描等种种装置与互联网结合起来而形成的一个巨大网络。其目的是让所有的物品都与网络连接在一起,进行信息交换和通信,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理[3]。过去的思路一直是将物理基础设施和IT 基础设施分开:一方面是机场、公路、建筑物;另一方面是数据中心、个人电脑、宽带等。而在“物联网”时代,钢筋混凝土、电缆将与芯片、宽带整合为统一的基础设施,在此意义上,基础设施更像是一块新的地球工地,世界的运转就在它上面进行,其中包括经济管理、生产运行、社会管理乃至个人生活。专家预测10年内,物联网就可能大规模普及,将广泛应用于社会生活的各个方面,诞生一个上万亿元规模的高科技市场,将带动包括电子元器件、信息设备、信息服务、信息软件及集成、3G通信服务等大信息产业的新一轮浪潮,并且物联网技术已经在工业生产领域得到了比较成熟的应用[4],而可循环经济除了生产环节,还包括销售、售后服务、回收等后续环节,这些后续环节为物联网技术的应用提供了广泛的空间。

而在社会经济中,汽车行业所覆盖和影响的范围最广,并且随着我国国民经济的快速发展,社会对汽车需求量也在逐年增多。2000年之后,中国的汽车产销量几乎每年以100万辆的速度增长。以汽车的使用周期为8～10年为参考,中国需要回收的汽车数量已经进入快速增长期,并且这种增长趋势将持续进行下去。据不完全统计,1982至2000年,中国汽车报废总计442.1万辆,回收1061.1万t废钢铁和19.9万t有色金属,仅此两

收稿日期:2010-03-08

作者简介:唐敦兵(1972-),男,湖北仙桃人,南京航空航天大学教授、博导,博士,主要研究方向为现代集成制造系统。

项,就节约资金11.96亿元。另外,现代汽车在生

产制造过程中大量采用新型材料,仅金属及其合金就有近百种,有铁、铜、铝、镁、铂、金及大量轻金属及其合金,还有橡胶、玻璃和聚合物等丰富的化学材料[5,6]。可以看出,当汽车作为商品的使用价值耗费尽的时候,其包含的资源仍有着巨大的价值。废旧的汽车成为了这些资源的载体,正是由于资源的循环利用特征,使得资源与产品之间很难划分出截然的区分界限。

因此在“两化融合”和“感知中国”的国家战略背景下,本文对基于物联网技术的可循环经济模式进行了深入的研究,并建立了一套智能可循环经济网络系统。

1　物联网的基本原理

物联网是在计算机互联网的基础上,利用RFID 、无线数据通信等技术,构建一个覆盖世界上

万事万物的“Internet of Things ”

(如图1所示)。在这个网络中,物品(商品)能够彼此进行“交流”,而无需人的干预。其实质是利用射频自动识别(RFID )技术,通过计算机互联网实现物品(商品)的自动识别和信息的互联与共享

。

图1　物联网的基本原理

在图1所示的物联网中,产品在生产完成时,

贴上存储有EPC 码的电子标签,此后在产品的整个生命周期,该EPC 代码成为产品的惟一标识,以此EPC 编码为索引能实时地在物联网上查询和更新产品的相关信息,也能以它为线索,在循环经济的各个流通环节对产品进行定位追踪。

在生产、运输、销售、使用、回收再制造等任何环节,当某个读写器在其读取范围内监测到标签的存在,就会将标签所含EPC 数据传往与其相连的Savant 中间件,在本地ONS 服务器(或者Internet 上的ONS 服务器)获取包含该产品信息的EPC 信

息服务器的网络地址(即IP 地址),然后Savant 根据该地址查询EPC 信息服务器,获得产品的特定信息,进行必要的处理后,把信息传送到后端企业应用程序,以便做更深层次的计算处理。同时本地EPC 信息服务器和远程EPC 信息服务器对本次读写器读取的相应数据进行记录和修改。

因此本文将以汽车产业为例,在物联网技术的基础上,建立一套可行的智能化可循环汽车产业网络系统(如图2所示),以便提高资源的回收利用率,

降低环境污染。

图2　基于物联网技术的循环经济

2　物联网技术在循环经济下的应用

本文以汽车产业为例具体研究物联网技术在

循环经济下的诸多环节中的应用。通过在汽车零部件上安装智能节点(如图3所示)将汽车组建成为一个大的智能体,并以移动网络为平台,汽车整体为一个网络节点,通过物联网技术,将其与生产商、服务商、车主及网络运营商等相关单位整合成一个完整的可循环经济的物联网络模式(如图4所示)。由图4可知,软/硬件供应商提供网络的技术支持,建立完善的数据管理和处理系统,如SP (Service Provider )服务平台等,信息集成商提供平台所需的各种基础信息资源(包括汽车车身零部件的真伪、使用情况、车主身份信息等),使信息服务平台的后台数据信息能够得到及时更新,然后由移动运营商利用其网络平台,以无线或有线的数据交互方式将服务对象(如个人用户、保险公司/广告商、制造商/4S 经销商、交管部门等)连接到网络中,构建出一个完整的网络。汽车行业物联网智能网络系统内容丰富,涉及行业面广,功能强大,例如,车主需要查询汽车本身情况或其余与汽车相关的信息,可以直接由车载智能系统或手机通过本网络的SP 平台进行查询,更可以通过本网络的SP 平台定制自己感兴趣的或免费或付费的相关信息服务。而汽车生产制造商可以根据SP 平台上的意见反馈来改进产品质量。同时通过对车主的一